算通CA培训(原理)教材

数字电视基础北京算通科技发展有限公司工程中心数字电视标准DVB：欧洲ATSC：美国ISDB：日本中国DVB组织及DVB标准DVB(DigitalVideoBroadcasting)组织成立于1993年，其前身是有欧洲的主要广播业者、消费电子制造商及行业监管机构于1991年联合成立的ELG(EuropeLaunchingGroup)DVB的宗旨是要设计一个通用的数字电视系统，在此系统内的各种传输方式之间的转换有最简单的方式，尽可能的增加通用性。DVB标准提供了一套完整的、适用于不同媒介的数字电视系统规范，其中大部分获得了相关标准化组织的批准成为欧洲标准。DVB传输系统标准主要由DVB-S、DVB-C、DVB-T三部分组成，分别描述卫星数字电视广播、有组数字电视广播和地面数字电视广播我国的卫星数字电视广播系统信道编码与调制规范GY/T17700-1999基本上采用了DVB-S，有线数字电视广播系统信道编码与调制规范则GY/T170-2001基本上采用了DVB-C数字电视系统组成－基础平台卫星接收机编码器适配器多节目传输流单节目传输流多节目传输流复用器多节目传输流调制器DVB-CDVB-SDVB-T适配器多节目传输流有线网卫星网地面网光纤网SI(EPG)多节目传输流数字电视系统组成-条件接收CAS复用器调制器加扰机以太网CAS以太网SMS第一部分

信源编码信源编码信源编码的目的是通过采用模/数转换技术、抽样、量化及压缩编码技术，将模拟视音频信号转换成数字信号，在保证一定图像质量的前提下，将输出的数字信号码率尽量压低，从而提高信道的利用率。

DVB标准中采用的信源编码标准是MPEG2。电视图像概念像素：色度、亮度点分辨率：垂直像素X水平像素帧：一幅图像，PAL制25帧/秒，N制30帧/秒场：每帧图像都是通过扫描屏幕两次而产生的，第二次扫描的线条刚好填满第一次扫描所留下的缝隙。每次扫描即称为一个场，即每帧图像为2场。

MPEG-2标准分为9个部分，统称为ISO/IEC13818国际标准。第一部分－ISO/IEC13818-1，System：系统，描述多个视频，音频和数据基本码流合成传输码流和节目码流的方式。第二部分－ISO/IEC13818-2，Video：视频，描述视频编码方法。第三部分－ISO/IEC13818-3，Audio：音频，描述与MPEG-1音频标准反向兼容的音频编码方法。等等MPEG-2输入图像格式分4级低级(LowLevel)输入格式的像素是ITU-RRec.BT601（数字演播室标准）格式的1/4，即352x240x30(图像帧频为每秒30帧，每帧图像的有效扫描行数为240行，每行的有效像素为352个)，或352x288x25。主级(MainLevel)的输入图像格式完全符合数字演播室格式，即720x480x30或720x576x25。1440高级(High-1440Level)的图像宽高比为4:3，格式为1440x1080x30。高级(HighLevel)的图像宽高比为16:9，格式为1920x1080x30。主级之上为HDTV范围，基本上为数字演播室格式的4倍。MPEG-2编码工具集分5类简单类(SimpleProfile)：使用最少的编码工具主类(MainProfile)：简单类编码工具+双向预测信噪比可分级类(SNRScalableProfile)和空间可分级类(SpatiallyScalableProfile)。高级类(HighProfile)：应用于比特率更高，要求更高的图像质量。标准数字电视SDTV采用的是MP@ML主类和主级。高清数字电视HDTV采用的是MP@HL主类和高级。MPEG-2视频编码系统原理一路PAL制符合电视节目，在抽样量化后，其数据量为177Mbps左右，而传输信道的带宽通常只有几十兆，无法传输，按照MPEG-2标准压缩编码处理后，

一路节目的数据量可压缩到3Mbps。

MPEG-2图像压缩的原理是利用了图像中的两种特性：空间相关性：组成一帧图像的若干像素点，在亮度和色度上与其周围的点存在一定的相关性，这种关系叫做空间相关性。时间相关性：图像序列中若干连续的帧间也存在着一定的相同特性，这种关系叫做时间相关性。这两种相关性使得图像中存在大量的冗余信息。去除冗余信息，保留少量非相关信息（熵）进行传输，可大大节省传输频带

MPEG-2中编码图像帧的分类利用空间相关性和时间相关性对图像进行编码，产生三类图像帧I、P、BI帧：只利用单帧图像的空间相关性进行编码，称作帧内编码方式。I帧主要用于接收机的初始化和信道的获取，以及节目的切换和插入。I帧的压缩倍数相对较低。I帧图像周期性出现在图像序列中。P帧：同时利用空间和时间相关性进行编码，称作帧间编码方式。P帧图像采用前向时间预测，可以提高压缩效率和图像质量。B帧：也采用帧间编码方式，与P帧不同的是，B帧图像采用了双向时间预测，大大提高了压缩倍数。

图像组（GOP:GroupofPicture）由相互间有预测和生成关系的一组I、P、B帧图像构成，头一帧图像总是I帧，中间穿插B、P帧，GOP的长度是可变的，一般情况下每12帧出现一个I帧，对于PAL制的视频，每秒钟约有两个I帧。

GOP一般有下列格式

IBBP:IBBPBBP…IBBPBBP

IBP:IBPBP….IBPBPIP:IPPP….IPPP

全I帧：由于B帧图像采用了未来帧作为参考，因此MPEG-2编码码流中图像帧的传输顺序和显示顺序是不同的。由DTS和PTS来决定。节目级复用音频编码打包器（Packetizer）节目流复用传输流复用视频音频视频基本流ES音频基本流ES打包器（Packetizer）视频打包基本流PES音频打包基本流PES（单节目）传输流（SP）TS节目流PS视频编码第二部分

系统复用复用目的采用时分复用技术，将多个数字电视节目信号放在一个传输通道上传输，充分利用传输信道的带宽。传输流TS（TransportStream）GB/T17975.1中定义的一种系统流数据结构。特点：188/204字节固定包长；包头和净核两部分。包头净核188byts包头净核包头净核净核自适应区连续计数自适应区同步47H传输有误起始指示加扰控制PID传送优先级自选区填充字节自适应区长度不连续性指示随机接入指示5个标志ES流优先级PCROPCR拼接倒计数自适应区扩展传送私用81bit1113224传输流结构图复用原理节目1视频节目1视频节目1音频节目2视频节目2视频节目2音频节目n视频节目n视频节目n音频复用器SPTSMPTS问题：接收端如何找到要接收的视音频数据节目专有信息PSIPSI-ProgramSpecificInformation

是MPEG2标准中定义的，用于提供节目复用和解复用以及与条件接收有关的信息。PSI由以下4种表组成：PAT节目关联表PMT节目映射表CAT条件接收表NIT网络信息表PSI应用图解节目号PMT_PID00x001710x002220x003330x0044PAT表（PID=0x0000）码流序号码流类型PID码流1视频0x0048码流2音频10x0049码流3音频20x0050码流4数据0x0051网络私有数据NIT表PMT表（PID=0x0033）PMT表（PID=0x0022）节目1音频1节目2视频节目1PMT节目2音频2节目1视频PAT节目2视频节目2PMT824822508104833TS流码流序号码流类型PID码流1视频0x0081码流2音频10x0082第三部分

信道编码和调制信道编码信道编码信道编码技术是为解决传输过程中产生的误码，从而提高传输的可靠性。同时，通过数字调制技术，进一步提高信道的利用率。实现信道编码的系统称为传输系统。

DVB标准中规定了两种信道编码方式，一种是外层编码，采用RS编码，一种是内层编码，采用FEC编码。调制有线网（DVB-C）调制方式QAM（16、32、64、128、256）采用外层编码卫星网（DVB-S）调制方式QPSK/BPSK

采用两层编码地面网（DVB-T）采用两层编码相移监控调制QPSK/BPSK频率：C波段3700MHz-4200MHzKu波段10.7GHz-12.75GHz符号率：几兆到二十几兆极化：水平/垂直，左旋/右旋本振：5150MHz，11300MHz/11250MHzLNB5150MHzC波段3700-4200L波段1450-950正交幅度调制QAM64QAM星座图26=64000000=0000001=1000010=2111111=63111000用开关电平表示101010IQDVB-C带宽、符号率、传输速率换算有线网络带宽：7.906MHz滚降系数：a=0.15符号率：6.875MB64QAM调制效率：6调制器可传输速率：41.25MbpsRS编码效率：188/204复用器允许输出的码率：38.0157.906/(1+0.15)=6.8756.875*6=41.2541.25*188/204=38.015a=0a=0.5a=11/2T3/4T1/T10.5fS(f)第四部分

业务信息（SI）

（300-468标准）概念SI-ServiceInformation提供自动搜索功能提供节目名称列表提供电子节目指南（EPG）提供日期/时间其它通过用户自定义描述实现的功能：节目排序、音量控制等。网络层次网络Network传输流TransportStream（TS）节目Program/业务Service/业务群Bouquet事件Event组件Component

业务群卫星网络转发器1转发器2转发器T业务1业务2业务S业务1业务2业务S视频音频1音频2数据传输流业务组件有线通道1通道2通道C地面通道1通道2通道C业务1业务2业务SSI组成网络信息表NIT（PID：0X10）功能：帮助机顶盒实现自动搜索业务描述表/业务群关联表SDT/BAT（PID：0X11）

SDT功能：提供节目名称列表，支持马赛克业务描述。

BAT功能：提供节目名称分类事件信息表EIT（PID：0X12）功能：提供EPG信息时间日期表/时间偏移表TDT/TOT（PID：0X16）功能：为机顶盒提供时间信息填充表ST、运行状态表RST等等SI信息表应用现行网络其它网络NIT强制可选SDT强制可选BAT可选可选EIT当前/后续强制可选表可选可选TDT强制可选TOT可选可选ST可选可选RST可选可选各种标识PID包识别符Network_id网络标识Original_Network_id原始网络标识TS_id传输流标识Program_number节目号Service_id业务标识表的构成表table

由具有相同的表标识符（table_id）的一系列子表构成。

子表sub_table

子表是指具有相同table_id、table_id_extension、version_number的段的集合.段section

段是一个语法结构，用于将本标准中定义的所有业务信息映射成为传输流包。段由table_id、table_id_extension、version_number、section_number、current_next_indicator

唯一确定。段的长度是可变的，除EIT表外，每个表中的段限长为1024字节，但EIT中的段限长4096字节。表标识符表标识符（table_id）表标识符标识段所属的表0x40现行网络信息段0x41其它网络信息段0x42现行传输流业务描述段0x46其它传输流业务描述段0x4E现行传输流事件信息段，当前/后续0x4F其它传输流事件信息段，当前/后续0x50至0x5F现行传输流事件信息段，时间表0x60至0x6F其它传输流事件信息段，时间表表标识符扩展表标识符扩展（table_id_extentsion）表标识符扩展用于标识子表

对NIT：table_id_extension为network_id对BAT：table_id_extension为bouquet_id对SDT：table_id_extension为transport_stream_id对EIT：table_id_extension

为service_id段号、版本号段号（section_number）段号字段用于解码器将特定子表的段以原始顺序重新组合。版本号（version_number）

当本标准中规定的业务信息所描述的传输流特征发生变化时（例如：新事件开始，给定业务的组成的基本流发生变化），应发送更新了的业务信息数据。新版本的业务信息以传送一子表为标志，它与前子表具有相同的标识符，但版本号改为下一值。当前后续指示符（current_next_indicator）

每一段都要标以“当前”有效或“后续”有效，使新的SI版本可以在传输流特征发生变化之前传输，让解码器能够为变化做准备。一个段的下一个版本的提前传输不是必需的，但如果被传输，它将成为该段的下一个正确版本。SI表数据段的通用结构语法位数助记符

table_id表标识符

8uimsbf

section_syntax_indicator=1

1bslbf

reserved_future_use

1bslbf

reserved

2bslbf

section_length段长度

12uimsbf

Table_id_extension表标识符扩展NIT中为network_id

16uimsbfBAT中为bouquet_idSDT中为transport_stream_idEIT中为service_id

reserved

2bslbf

version_number版本号

5uimsbf

current_next_indicator当前下一个指示符

1bslbf

section_number段号

8uimsbf

last_section_number最后段号

8uimsbf一系列descriptors描述器

CRC_3232rpchof第五部分

条件接收系统CAS概念CAS-ConditionalAccessSystem控制用户收看权限。保障运营商收费。组成加扰与加密CWG与CW（控制字）ACG和AC（访问准则）SCS（同密同步器）加密控制模块ECMG与ECM（授权控制信息）EMMG与EMM（授权管理信息）EIS（事件信息调度器）加扰针对流：按业务和按基本流通用加扰算法加扰模块清流加扰流伪随机密钥CW（5~30s）CWG解扰模块清流前端末端传输CW加密针对密钥和用户授权信息等算法DES、3DES、算通、IDEA加扰模块清流加扰流CWCWG解扰模块CW清流加密解密密钥密钥ECM与EMMECM授权控制信息由ECMG生成并加密发送；不可寻址

ECM=AC+CW+加扰周期+系统时间EMM授权管理信息由EMMG生成并加密发送；可寻址

EMM=密钥（SK、PDK、IK）、用户信息（智能卡注册、用户授权、智能卡充值、B-Mail、OSD）多层加密访问条件ACAccess_criteria访问准则，为接收端访问该节目提供一系列限定条件。对于算通CA系统，AC的长度为63位十六进制数，主要包括CA系统ID、节目商号、通道编号、子通道编号、访问ID、节目价格、节目分类和主题/级别等。标准中规定，是否需要AC及其内容由CA系统商需求决定。与CW一起在ECM中发送。算通AC编辑器ECMG与SCS通讯TCPSCS是客户端，ECMG是服务器建立或关闭连接的请求是由SCS发起的ECMGSCSChannel_setupChannel_status/Channel_errorChannel_closeChannel_testStream_setupStream_status/Stream_errorStream_testStream_close_requestCW_provisionECM_responseStream_close_responseTCPEMMG与MUXEMMG是客户端，MUX是服务器建立或关闭连接的请求是由EMMG发起的MUXEMMGChannel_setupChannel_status/Channel_errorChannel_closeChannel_testStream_setupStream_status/Stream_errorStream_testStream_close_requestData_provisionStream_close_response工作原理CWACECM加扰机复用模块加扰模块SCSCWGACGECMGCW+ACEMMGEMM加密CAS数据库CWECM透明TSECMECMEMMEMM加扰TSECMECMEMMEMM主要参数加扰周期ECMG地址和端口号EMMG地址和端口号Super_CAS_Id=CA_System_Id+CA_Subsystem_IdCW_per_msg与Lead_CWDelay_start与Delay_stop主要功能广播邮件（B_mail）公告信息（OSD）PPC、PPV、IPPV智能卡漫游控制智能卡跟踪机卡配对区域控制区域控制是通过CA系统和EPG系统共同实现智能卡漫游控制，防止利用区域价格差异非法牟利。CAS在网络中的位置复用器复用器复用器复用器加扰机加扰机加扰机加扰机调制器调制器调制器调制器以太网交换机CAS-数据库CAS-ECMGCAS-EMMGSMSCh-1Ch-2Ch-3Ch-n以太网交换机同密与多密同密与多密技术是为解决多个CAS相互兼容问题同密：前端技术多密：接收端技术ECMG1ECMG2EMMG2EMMG1SCSMUX加扰机TS清流CWGCW+AC1CW+AC2ECM1ECM2ACG算通CAS指标可管理200万以上用